某有機(jī)污染場(chǎng)地地下水中苯酚類(lèi)污染物的氧化劑篩選研究

陳建平 王森杰 牛耕 胡耀庭

摘要：原位化學(xué)氧化技術(shù)逐漸成為地下水污染風(fēng)險(xiǎn)控制與修復(fù)技術(shù)中的熱點(diǎn)，氧化劑的選擇及其投加量是原位化學(xué)氧化技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)之一。本文以地下水中的3&4-甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚污染的為研究對(duì)象，以雙氧水、雙氧水+硫酸亞鐵、雙氧水+臭氧為氧化劑進(jìn)行室內(nèi)配比試驗(yàn)研究，最終確定了不同氧化劑的氧化3&4-甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚的最佳配比、氧化速率等，為原位化學(xué)氧化技術(shù)的實(shí)施提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：氧化劑;雙氧水;雙氧水+硫酸亞鐵;雙氧水+臭氧

中圖分類(lèi)號(hào)：X523 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）09-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.064

Oxidant screening of handling phenolic pollutants in groundwater from an organic contaminated site

Chen Jianping，Wang Senjie，Niu Geng，Hu Yaoting

（Beijing No.4 Municipal Construction Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100176，China）

Abstract：In situ chemical oxidation technology has gradually become a hot spot in the technology of groundwater pollution risk control and remediation. The selection of oxidant and its dosage are one of the key parameters of the in-situ chemical oxidation technology. In this paper， 3，4-Dimethylphenol phenol and 2，4-Dimethylphenol in groundwater are studied in this paper. The laboratory experiments are conducted with hydrogen peroxide， hydrogen peroxide， ferrous sulfate， hydrogen peroxide and ozone as oxidants. The optimum ratio and oxidation rate of oxidized 3，4-Dimethylphenol phenol and 2，4-Dimethylphenol are determined by different oxidizing agents. It provides technical support for the implementation of in situ chemical oxidation technology.

Key words： Oxidants;Hydrogen peroxide;Hydrogen peroxide&ferrous sulfate;Hydrogen peroxide& ozone

污染場(chǎng)地是一個(gè)世界性的環(huán)境問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)，由于交通建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)、礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)、服務(wù)設(shè)施運(yùn)營(yíng)、廢棄物處理處置及垃圾填埋等人類(lèi)活動(dòng)，造成了土地以及地下水成片、成塊大面積污染，并隨著中國(guó)城市化的加速，大量化工、石油、焦化等企業(yè)從城區(qū)搬離，遺留了大量污染場(chǎng)地。這些污染場(chǎng)地不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成威脅，同時(shí)也影響了城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃、土地資源開(kāi)發(fā)、城市環(huán)境治理等方面，是世界各國(guó)共同關(guān)注的重大環(huán)境問(wèn)題。

污染土壤和地下水修復(fù)通常可采用異位修復(fù)和原位修復(fù)兩種操作方式。異位修復(fù)需要挖掘土壤，運(yùn)輸后集中進(jìn)行處置，對(duì)于表層污染土壤修復(fù)難度較小，但對(duì)于更深污染區(qū)域，實(shí)施起來(lái)比較困難，并且操作深度越深花費(fèi)的成本越高，因此逐漸被原位修復(fù)所替代[1]。對(duì)于有機(jī)污染物的原位修復(fù)方法包括可監(jiān)測(cè)的自然修復(fù)技術(shù)、強(qiáng)化自然修復(fù)技術(shù)、原位帽封技術(shù)（孫遠(yuǎn)平等，2008），原位物理修復(fù)，原位化學(xué)修復(fù)，植物修復(fù)和原位的微生物修復(fù)等[2，3]。其中，原位化學(xué)修復(fù)ISCO（In Situ Chemical Oxidation）較其他幾種方法具有周期短、見(jiàn)效快、成本低和處理效果好等優(yōu)點(diǎn)[4，5]。因此，原位化學(xué)氧化技術(shù)逐漸發(fā)展成為土壤和地下水污染原位修復(fù)的主流技術(shù)。

ISCO常用的氧化劑包括高錳酸鹽（MnO4-）、過(guò)硫酸鹽（S2O82-）、過(guò)氧化氫（H2O2）、臭氧（O3）、芬頓試劑（Fenton）等[6-10];由于各種氧化劑對(duì)不同場(chǎng)地不同污染物種類(lèi)的處理效果相差較大，因此選擇循以下原則進(jìn)行選擇：反應(yīng)必須足夠強(qiáng)烈，使污染物通過(guò)降解、蒸發(fā)及沉淀等合適的氧化劑成為ISCO中最為重要的一步;氧化劑及反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)人體無(wú)害;修復(fù)過(guò)程是實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的。

本文就北京某有機(jī)污染場(chǎng)地地下水中苯酚類(lèi)污染物為研究對(duì)象，分別以臭氧、雙氧水，臭氧與雙氧水、芬頓試劑為氧化劑，從處理能力、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好等角度對(duì)比分析了這幾種氧化劑，篩選出了適用于該污染場(chǎng)地地下水修復(fù)的氧化劑及其最佳配比。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)裝置與材料

反應(yīng)容器15個(gè)，20g/h臭氧發(fā)生器，過(guò)氧化氫，硫酸亞鐵，采樣瓶。

1.2 樣品配置

以某場(chǎng)地內(nèi)地下水中的3&4-甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚研究對(duì)象，取地下水150L混合均勻，平均分為15份（編號(hào)分別為M1、M2、M3、M4、M5;N1、N2、N3、N4、N5;Q1、Q2、Q3、Q4、Q5;地下水中3&4-甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚污染物的最大摩爾數(shù)18.74mmol/L。

1.3 氧化劑投加量

根據(jù)地下水中的最大濃度設(shè)置氧化劑的投加量，雙氧水藥劑的比例見(jiàn)表1，地下水中污染物與雙氧水、硫酸亞鐵的比例見(jiàn)表2，地下水中污染物與雙氧水、臭氧的比例見(jiàn)表3。

1.4 取樣頻率及檢測(cè)項(xiàng)目

藥劑加入后2h、6h、12h、24h、36h、48h取樣，樣品編號(hào)分別為#-1、#-2、#-3……（#為M1、M2、M3、M4、M5;N1、N2、N3、N4、N5;Q1、Q2、Q3、Q4、Q5），藥劑加入前取原水樣品一份，編號(hào)為O。

樣品的分析項(xiàng)目為3&4-甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚。

2 結(jié)果分析

2.1 單純加入雙氧水效果分析

本組試驗(yàn)投加的氧化劑為雙氧水，3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚的最大去除率為：75.73%、83.40%;從圖1可以明顯得出N4裝置投加雙氧水的量為最佳投加量，其投加比例為90倍污染物摩爾數(shù)。

在本組試驗(yàn)中，各裝置在第6-24小時(shí)均出現(xiàn)污染物濃度升高的情況，且雙氧水投加比例為100倍污染摩爾數(shù)的N5裝置在該時(shí)間段內(nèi)現(xiàn)象更明顯，甚至出現(xiàn)了污染物濃度大于初始濃度的情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析以下幾個(gè)原因：

1.本次試驗(yàn)投加雙氧水為過(guò)氧化氫固體，單純雙氧水與苯酚類(lèi)有機(jī)物反應(yīng)速率較慢，其中水可能與水中其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，造成H2O的流失，從而導(dǎo)致污染物濃度升高;

2.加入過(guò)氧化氫體后，其反應(yīng)生成大量的熱，水分大量蒸發(fā)，導(dǎo)致污染物濃度升高;

3.本次試驗(yàn)由于反應(yīng)十分劇烈，未對(duì)裝置進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，反?yīng)速度因此降低，從而導(dǎo)致污染物濃度升高。

2.2 芬頓試劑效果分析

本組裝置投加的氧化劑是芬頓試劑，即雙氧水加硫酸亞鐵試劑，3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚的污染物的最大去除率均為99.99%;從圖2可以明顯得出Q1裝置投加芬頓試劑的量為最佳投加量，其投加比例為60倍污染物摩爾數(shù)。

在本組實(shí)驗(yàn)中，各裝置內(nèi)污染物的去除率均超過(guò)了99%，效果較好;但Q4、Q5裝置在第6-24小時(shí)內(nèi)也出現(xiàn)了污染物濃度升高的情況，且雙氧水投加量越大現(xiàn)象越明顯，其證實(shí)了前述雙氧水對(duì)污染物的反彈效果。

2.3 加入雙氧水并通入臭氧效果分析

本組裝置投加的氧化劑是雙氧水并通入一定時(shí)間的臭氧，3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚的最大去除率分別為：99.71%、99.96%;從圖3可以明顯得出M1裝置投加雙氧水并通入的量為最佳投加量，其投加比例為60倍污染物摩爾數(shù)。

3 結(jié)論

（1）單純雙氧水、芬頓試劑、雙氧水與臭氧作氧化劑均能降解地下水中3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚污染物，其中單純雙氧水與污染物摩爾比為90：1的條件下3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚的去除率最高，去除率高于75%;芬頓試劑中雙氧水與污染物摩爾比為60：1的條件下，3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚的去除率最高，約99%;雙氧水與臭氧作氧化劑，雙氧水與污染物摩爾比為60：1的條件下，3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚的去除率最高，約99%。

（2）芬頓試劑作氧化劑時(shí)，3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚的反應(yīng)速率最快，氧化劑投加2h時(shí)，3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚的去除率約99%;雙氧水與臭氧作氧化劑時(shí)，氧化劑投加12h時(shí)，3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚的去除率約99%。

（3）考慮到工程應(yīng)用時(shí)，需選擇合理的擴(kuò)散半徑，降低工程施工成本、減少對(duì)地層的破壞，建議選擇雙氧水與臭氧聯(lián)合用作地下水中3&4-甲基苯酚和2，4-二甲基苯酚污染物降解的氧化劑。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-10-18

作者簡(jiǎn)介：陳建平（1995-），男，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)橥寥佬迯?fù)。